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JP2010088591A - Ultrasonic probe and ultrasonograph using the same - Google Patents

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JP2010088591A
JP2010088591A JP2008260274A JP2008260274A JP2010088591A JP 2010088591 A JP2010088591 A JP 2010088591A JP 2008260274 A JP2008260274 A JP 2008260274A JP 2008260274 A JP2008260274 A JP 2008260274A JP 2010088591 A JP2010088591 A JP 2010088591A
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JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic probe
piezoelectric element
ultrasonic
temperature
temperature sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP2008260274A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Junichi Kato
潤一 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shimadzu Corp filed Critical Shimadzu Corp
Priority to JP2008260274A priority Critical patent/JP2010088591A/en
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Abstract

【課題】リニア、コンベックスプローブのような開口の大きいプローブにおいても多数の温度センサを形成せず、超音波プローブの表面温度をリアルタイムで正確に測定できる超音波プローブの提供。
【解決手段】バッキング材111と、バッキング材111上に形成され、複数の下側電極112aが配列された下側電極群112と、複数の下側電極112a上に各々1個の圧電素子114aが形成されるように、複数の圧電素子114aが配列された圧電素子群114と、複数の圧電素子114a上に形成された上側電極13と、上側電極13上に形成され、圧電素子114aと測定対象体との間の音響インピーダンス差により超音波が反射されることを抑制する整合層115と、圧電素子114aによって送受信される超音波の焦点を絞る音響レンズ116とを有する振動子20を備える超音波プローブ10であって、上側電極13と接続された温度センサ21を備える。
【選択図】図2
An ultrasonic probe capable of accurately measuring the surface temperature of an ultrasonic probe in real time without forming a large number of temperature sensors even in a probe having a large aperture such as a linear or convex probe.
SOLUTION: A backing material 111, a lower electrode group 112 formed on the backing material 111, in which a plurality of lower electrodes 112a are arranged, and one piezoelectric element 114a on each of the plurality of lower electrodes 112a. The piezoelectric element group 114 in which a plurality of piezoelectric elements 114a are arranged, the upper electrode 13 formed on the plurality of piezoelectric elements 114a, and the piezoelectric element 114a and the measurement object are formed on the upper electrode 13. An ultrasonic wave including a transducer 20 having a matching layer 115 that suppresses reflection of ultrasonic waves due to an acoustic impedance difference between the body and an acoustic lens 116 that focuses ultrasonic waves transmitted and received by the piezoelectric element 114a. The probe 10 includes a temperature sensor 21 connected to the upper electrode 13.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、超音波プローブ及びそれを用いた超音波診断装置に関し、より詳しくは、複数の圧電素子が配列された振動子を備える超音波プローブ及びそれを用いた超音波診断装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic probe and an ultrasonic diagnostic apparatus using the ultrasonic probe, and more particularly to an ultrasonic probe including a transducer in which a plurality of piezoelectric elements are arranged and an ultrasonic diagnostic apparatus using the ultrasonic probe.

超音波診断装置は、測定対象体(例えば、人体)に超音波信号を送信した後、測定対象体で反射された超音波エコー信号を受信して、超音波エコー信号から変換した電気的信号に対して所定の映像処理を実行することにより、モニタ等で超音波画像を提供するものである。このような超音波診断装置では、測定対象体に超音波信号を送信し、測定対象体で反射された超音波エコー信号を受信して、受信した超音波エコー信号を電気的信号に変換するために、複数の圧電素子が配列された振動子を備える超音波プローブが使用されている(例えば、特許文献1参照)。 The ultrasonic diagnostic apparatus transmits an ultrasonic signal to a measurement object (for example, a human body), then receives an ultrasonic echo signal reflected by the measurement object, and converts it into an electrical signal converted from the ultrasonic echo signal. An ultrasonic image is provided on a monitor or the like by executing predetermined video processing. In such an ultrasonic diagnostic apparatus, an ultrasonic signal is transmitted to a measurement object, an ultrasonic echo signal reflected by the measurement object is received, and the received ultrasonic echo signal is converted into an electrical signal. In addition, an ultrasonic probe including a vibrator in which a plurality of piezoelectric elements are arranged is used (for example, see Patent Document 1).

ここで、振動子を備える超音波プローブの一例について説明する。図3は、振動子を備える超音波プローブの一例の概略構成を示す斜視図である。なお、図3中では、説明を判りやすくするために、音響レンズ116や整合層115が一部の圧電素子114aの上面のみに装着されている場合を示しているが、実際の音響レンズ116と整合層115とは、全ての圧電素子114aの上面を覆うように取り付けられたものである。
超音波プローブ100は、バッキング材111と、バッキング材111上に形成されたM個の下側電極112aからなる下側電極群112と、M個の下側電極112a上に形成されたM個の圧電素子114aからなる圧電素子群114と、M個の圧電素子114a上に形成されたGND線(上側電極)113と、GND線113上に形成された整合層115と、整合層115上に形成された音響レンズ116と、下側電極群112とフレキシブル印刷配線板(FPC)とを電気的に接続するM本のリード線(信号線)118aと、GND線113とFPCとを電気的に接続するアース線(共通接続線)119とを有する振動子を備える。
Here, an example of an ultrasonic probe including a vibrator will be described. FIG. 3 is a perspective view illustrating a schematic configuration of an example of an ultrasonic probe including a transducer. 3 shows a case where the acoustic lens 116 and the matching layer 115 are attached only to the upper surface of a part of the piezoelectric elements 114a for easy understanding of the explanation. The matching layer 115 is attached so as to cover the upper surfaces of all the piezoelectric elements 114a.
The ultrasonic probe 100 includes a backing material 111, a lower electrode group 112 including M lower electrodes 112a formed on the backing material 111, and M pieces of M electrodes formed on the M lower electrodes 112a. A piezoelectric element group 114 including the piezoelectric elements 114 a, a GND line (upper electrode) 113 formed on the M piezoelectric elements 114 a, a matching layer 115 formed on the GND line 113, and a matching layer 115 are formed on the matching layer 115. The electrically connected acoustic lens 116, M lead wires (signal lines) 118a for electrically connecting the lower electrode group 112 and the flexible printed circuit board (FPC), and the GND wire 113 and the FPC are electrically connected. And a vibrator having a ground wire (common connection line) 119.

バッキング材111は、フェライトゴム等を用いて形成されており、支持体としての機能と、圧電素子114aの下面から放射される不要な超音波を吸収する吸収体としての機能とを有する。
圧電素子114aは、PZT(Lead Zirconate Titanate)等の圧電セラミック等を用いて形成されおり、電気的信号である送信パルス信号に応答して超音波信号を生成し、測定対象体で反射された超音波エコー信号を受信して、受信した超音波エコー信号を電気的信号に変換する。
このような圧電素子114aは、短冊形状をしており、M個の圧電素子114aは、横方向(X方向)に所定間隔で一列となるように配列されている(例えば、圧電素子群114は、X方向に40mmの大きさとなる。)。
The backing material 111 is formed using ferrite rubber or the like, and has a function as a support and a function as an absorber that absorbs unnecessary ultrasonic waves radiated from the lower surface of the piezoelectric element 114a.
The piezoelectric element 114a is formed by using a piezoelectric ceramic such as PZT (Lead Zirconate Titanate) or the like, generates an ultrasonic signal in response to a transmission pulse signal that is an electrical signal, and is reflected by a measurement object. A sound echo signal is received, and the received ultrasonic echo signal is converted into an electrical signal.
Such a piezoelectric element 114a has a strip shape, and the M piezoelectric elements 114a are arranged in a row at a predetermined interval in the horizontal direction (X direction) (for example, the piezoelectric element group 114 has , 40 mm in the X direction).

1個の圧電素子114aの下面には、銀等の金属で1個の下側電極112aが形成されている。さらに、1個の下側電極112aには、1本のリード線118aが電気的に(例えば、銀線によるワイヤボンディングで)接続されている。
また、M個の圧電素子114aの上面には、銀等の金属でGND線113が形成されている。GND線113は、横方向(X方向)に伸びる直線状の第一GND線113aと、横方向(X方向)に伸びる直線状の第二GND線113bとからなる。第一GND線113aは、M個の圧電素子114aの上面で手前側に形成されるとともに、第二GND線113bは、M個の圧電素子114aの上面で奥側に形成されている。
つまり、第一GND線113aは、M個の圧電素子114aに対して共通接続されており、さらに右横にアース線119が電気的に接続されている。
One lower electrode 112a is formed of a metal such as silver on the lower surface of one piezoelectric element 114a. Furthermore, one lead wire 118a is electrically connected to one lower electrode 112a (for example, by wire bonding using a silver wire).
A GND line 113 is formed of a metal such as silver on the upper surface of the M piezoelectric elements 114a. The GND line 113 includes a linear first GND line 113a extending in the horizontal direction (X direction) and a linear second GND line 113b extending in the horizontal direction (X direction). The first GND line 113a is formed on the near side on the upper surface of the M piezoelectric elements 114a, and the second GND line 113b is formed on the back side on the upper surface of the M piezoelectric elements 114a.
That is, the first GND line 113a is commonly connected to the M piezoelectric elements 114a, and further, the ground wire 119 is electrically connected to the right side.

整合層120は、エポキシ樹脂や有機樹脂中にW等の金属粒子を分散したもの等で形成されており、音響特性の異なる薄膜が2層或いは3層に上下方向(Z方向)に積層されて構成され、圧電素子(20〜30MRayl)114aと測定対象体(例えば、人体の場合、1.5MRayl)との間の音響インピーダンス差によって超音波信号が反射されることを抑制する。つまり、各薄膜の音響インピーダンス値は、圧電素子114aから測定対象体に向かって徐々に小さくなるように設定されることになる。
音響レンズ116は、シリコンゴム等を用いて形成されており、圧電素子114aによって送受信される超音波をY方向に収束する。
The matching layer 120 is formed of an epoxy resin or an organic resin in which metal particles such as W are dispersed, and thin films having different acoustic characteristics are laminated in two or three layers in the vertical direction (Z direction). It is comprised and it suppresses that an ultrasonic signal is reflected by the acoustic impedance difference between the piezoelectric element (20-30 MRayl) 114a and a measurement object (for example, 1.5 MRayl in the case of a human body). That is, the acoustic impedance value of each thin film is set so as to gradually decrease from the piezoelectric element 114a toward the measurement object.
The acoustic lens 116 is formed using silicon rubber or the like, and converges ultrasonic waves transmitted and received by the piezoelectric element 114a in the Y direction.

このような超音波プローブ100によれば、送信パルス信号が圧電素子114aに印加されると、圧電素子114aの振動による超音波信号が生成することになる。
ところで、送信パルス信号が圧電素子114aに印加されたとき、圧電素子114aの振動による超音波信号が生成すること以外にも、熱が発生する。そして、発生した熱によって超音波プローブ100の表面温度Tが上昇し、その結果、超音波プローブ100の表面温度Tが高温になると、超音波プローブ100は測定対象体に接触して用いられるので、測定対象体に損傷を与える場合があった。
According to such an ultrasonic probe 100, when a transmission pulse signal is applied to the piezoelectric element 114a, an ultrasonic signal due to vibration of the piezoelectric element 114a is generated.
By the way, when the transmission pulse signal is applied to the piezoelectric element 114a, heat is generated in addition to the generation of an ultrasonic signal due to the vibration of the piezoelectric element 114a. Then, the surface temperature T of the ultrasonic probe 100 is increased by the generated heat. As a result, when the surface temperature T of the ultrasonic probe 100 becomes high, the ultrasonic probe 100 is used in contact with the measurement object. In some cases, the measurement object was damaged.

そこで、個別規格JIS T 0601―2―37(IEC60601―2―37)によって、超音波プローブ100の表面温度上昇ΔTが下記のようになるように規定されている。
(1)体表用途(周囲温度23±3℃)
空中放置試験:温度上昇ΔT≦27℃
模擬使用試験:温度上昇ΔT≦10℃
(2)体内用途(周囲温度23±3℃)
空中放置試験:温度上昇ΔT≦27℃
模擬使用試験:温度上昇ΔT≦6℃
Therefore, according to the individual standard JIS T 0601-2-37 (IEC 60601-2-37), the surface temperature increase ΔT of the ultrasonic probe 100 is defined as follows.
(1) Body surface application (ambient temperature 23 ± 3 ℃)
Air standing test: Temperature rise ΔT ≦ 27 ° C
Mock use test: Temperature rise ΔT ≦ 10 ° C
(2) In-body use (ambient temperature 23 ± 3 ° C)
Air standing test: Temperature rise ΔT ≦ 27 ° C
Mock use test: Temperature rise ΔT ≦ 6 ℃

また、駆動電圧や送信パルス信号の周波数等の全ての駆動条件で超音波プローブ100の表面温度Tを予め測定して、実験式を作成することにより、得られた実験式を用いて超音波プローブ100の表面温度Tを予測する予測方法もある。これにより、超音波プローブ100の表面温度Tをリアルタイムで予測及び制御することを実行している。
特開2007−215921号公報
In addition, by measuring the surface temperature T of the ultrasonic probe 100 in advance under all driving conditions such as the driving voltage and the frequency of the transmission pulse signal and creating an empirical formula, the ultrasonic probe is obtained using the obtained empirical formula. There is also a prediction method for predicting a surface temperature T of 100. As a result, the surface temperature T of the ultrasonic probe 100 is predicted and controlled in real time.
JP 2007-215921 A

しかしながら、個別規格JIS T 0601―2―37や上述したような予測方法では、測定対象体を検査する前に、超音波プローブ100の表面温度Tを予め測定しなければならないので、かなりの時間と手間とが要されるという問題点がある。
さらに、上述したような予測方法では、超音波プローブ100が複雑に構成されている場合には、超音波プローブ100の熱的解析に困難があり、その結果、超音波プローブ100の表面温度Tを予測することができなくなった。
However, according to the individual standard JIS T 0601-2-37 and the prediction method as described above, the surface temperature T of the ultrasonic probe 100 must be measured in advance before inspecting the measurement object. There is a problem that labor is required.
Further, in the prediction method as described above, when the ultrasonic probe 100 is configured in a complicated manner, it is difficult to perform a thermal analysis of the ultrasonic probe 100, and as a result, the surface temperature T of the ultrasonic probe 100 is determined. I can no longer predict.

また、超音波プローブ100の表面温度Tを実際に検出するように、超音波プローブ100に温度センサを形成することも考えられるが、測定対象体の関心領域(ROI)のみを検査する場合に、M個の圧電素子114aの内から一部(数個から十数個)の圧電素子114aのみに送信パルス信号を印加することになるので、超音波プローブ100には温度分布が生じるため、超音波プローブ100に多数の温度センサを形成することが必要となる。その結果、超音波プローブ100に多数の温度センサを形成したために、リード線118aの数やGND線113の数を減少しなければならず、得られる超音波画像の画質を悪化させることになる。 In addition, it is conceivable to form a temperature sensor in the ultrasonic probe 100 so as to actually detect the surface temperature T of the ultrasonic probe 100. However, when inspecting only the region of interest (ROI) of the measurement object, Since the transmission pulse signal is applied only to some (several to a dozen) piezoelectric elements 114a from among the M piezoelectric elements 114a, a temperature distribution is generated in the ultrasonic probe 100. It is necessary to form a large number of temperature sensors in the probe 100. As a result, since a large number of temperature sensors are formed on the ultrasonic probe 100, the number of lead wires 118a and the number of GND wires 113 must be reduced, which deteriorates the image quality of the obtained ultrasonic image.

本件発明者らは、上記課題を解決するために、超音波プローブに多数の温度センサを形成せずに、超音波プローブの表面温度をリアルタイムで正確に測定する測定方法について検討を行った。圧電素子で発生した熱は、バッキング材はゴム等で構成されて熱伝導率(例えば、0.21W/m・K)が低く、GND線(上側電極)や下側電極は銀等で構成されて熱伝導率(例えば、420W/m・K)が高いため、バッキング材にはほとんど伝導されず、上側電極や下側電極に伝導されることがわかった。そこで、複数の圧電素子上に形成される上側電極に電気的に接続するように1個若しくは少数の温度センサを形成することを見出した。 In order to solve the above problems, the present inventors have studied a measurement method for accurately measuring the surface temperature of an ultrasonic probe in real time without forming a large number of temperature sensors on the ultrasonic probe. The heat generated by the piezoelectric element is made of rubber or the like for the backing material and has a low thermal conductivity (for example, 0.21 W / m · K), and the GND wire (upper electrode) and the lower electrode are made of silver or the like. Therefore, it was found that since the thermal conductivity (for example, 420 W / m · K) is high, it is hardly conducted to the backing material, but is conducted to the upper electrode and the lower electrode. Accordingly, it has been found that one or a few temperature sensors are formed so as to be electrically connected to the upper electrodes formed on the plurality of piezoelectric elements.

すなわち、本発明の超音波プローブは、超音波を吸収するバッキング材と、前記バッキング材上に形成され、複数の信号線にそれぞれ1個の下側電極が電気的に接続されるように、複数の下側電極が配列された下側電極群と、前記複数の下側電極上にそれぞれ1個の圧電素子が形成されるように、複数の圧電素子が配列された圧電素子群と、前記複数の圧電素子上に形成され、前記複数の圧電素子に対する共通電極である上側電極と、前記上側電極上に形成され、前記圧電素子と測定対象体との間の音響インピーダンス差によって超音波が反射されることを抑制する整合層と、前記整合層上に形成され、前記圧電素子によって送受信される超音波の焦点を絞る音響レンズとを有する振動子を備える超音波プローブであって、前記上側電極と接続された温度センサを備えるようにしている。 That is, the ultrasonic probe of the present invention includes a backing material that absorbs ultrasonic waves and a plurality of signal lines formed on the backing material so that one lower electrode is electrically connected to each of the signal lines. A lower electrode group in which lower electrodes are arranged; a piezoelectric element group in which a plurality of piezoelectric elements are arranged so that one piezoelectric element is formed on each of the plurality of lower electrodes; Ultrasonic waves are reflected by the difference in acoustic impedance between the piezoelectric element and the measurement object, formed on the piezoelectric element and formed on the upper electrode, which is a common electrode for the plurality of piezoelectric elements. An ultrasonic probe comprising a transducer having a matching layer that suppresses the vibration and an acoustic lens that is formed on the matching layer and focuses an ultrasonic wave transmitted and received by the piezoelectric element, the ultrasonic probe comprising: Contact So that comprising a temperature sensor.

本発明の超音波プローブによれば、上側電極と接続された温度センサを備える。
そして、超音波プローブが使用されることにより、送信パルス信号が圧電素子に印加されると、圧電素子の振動による超音波信号が生成する。このとき、圧電素子の振動による超音波信号が生成すること以外にも、熱が発生する。圧電素子で発生した多くの熱は、上述したように上側電極に伝導されることにより、温度センサで検出されることになる。
According to the ultrasonic probe of the present invention, the temperature sensor connected to the upper electrode is provided.
By using the ultrasonic probe, when a transmission pulse signal is applied to the piezoelectric element, an ultrasonic signal is generated by vibration of the piezoelectric element. At this time, heat is generated in addition to generation of an ultrasonic signal due to vibration of the piezoelectric element. A large amount of heat generated in the piezoelectric element is detected by the temperature sensor by being conducted to the upper electrode as described above.

以上のように、本発明の超音波プローブによれば、多数の温度センサを形成しなくても、表面温度をリアルタイムで正確に測定することができる。 As described above, according to the ultrasonic probe of the present invention, the surface temperature can be accurately measured in real time without forming a large number of temperature sensors.

(他の課題を解決するための手段および効果)
また、上記の発明において、前記複数の圧電素子は、横方向に一列となるように配列されており、前記圧電素子群の横に、前記温度センサが形成されており、前記上側電極は、前記圧電素子群の横に伸びることにより、前記温度センサと接続されるようにしてもよい。
本発明の超音波プローブによれば、温度センサが圧電素子の放射面の前方に形成されていないので、得られる超音波画像に温度センサが影響を与えることをなくすことができる。
(Means and effects for solving other problems)
In the above invention, the plurality of piezoelectric elements are arranged in a row in a lateral direction, the temperature sensor is formed beside the piezoelectric element group, and the upper electrode is You may make it connect with the said temperature sensor by extending to the side of a piezoelectric element group.
According to the ultrasonic probe of the present invention, since the temperature sensor is not formed in front of the radiation surface of the piezoelectric element, the temperature sensor can be prevented from affecting the obtained ultrasonic image.

また、上記の発明において、前記圧電素子群の横の両側に、前記温度センサがそれぞれ形成されており、前記上側電極は、前記圧電素子群の横の両側の温度センサと接続されているようにしてもよい。
本発明の超音波プローブによれば、測定対象体の関心領域(ROI)のみを検査する場合に、複数の圧電素子の内から一部(数個から十数個)の圧電素子のみに送信パルス信号を印加したときには、圧電素子で発生した熱は、近い方の温度センサですぐに検出されるので、検出する温度の応答性を向上させることができる。
In the above invention, the temperature sensors are respectively formed on both sides of the piezoelectric element group, and the upper electrode is connected to the temperature sensors on both sides of the piezoelectric element group. May be.
According to the ultrasonic probe of the present invention, when inspecting only a region of interest (ROI) of a measurement object, a transmission pulse is transmitted to only some (several to tens of) piezoelectric elements from among a plurality of piezoelectric elements. When a signal is applied, the heat generated by the piezoelectric element is immediately detected by the nearer temperature sensor, so that the responsiveness of the detected temperature can be improved.

そして、本発明の超音波診断装置は、上述したような超音波プローブと、前記温度センサで検出された温度に基づいて、前記超音波プローブを制御する制御部を備えるようにしてもよい。
本発明の超音波診断装置によれば、制御部が、超音波プローブの表面温度をリアルタイムで正確に測定することができるので、測定対象体に損傷を与えないように超音波プローブを制御することができる。例えば、検出した温度が設定閾値温度以上になったときには、駆動電圧を低下させたり、繰り返し周波数を遅くしたり、駆動波連数を少なくするように、超音波プローブを自動的に制御する。
The ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention may include an ultrasonic probe as described above and a control unit that controls the ultrasonic probe based on the temperature detected by the temperature sensor.
According to the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention, since the control unit can accurately measure the surface temperature of the ultrasonic probe in real time, the ultrasonic probe is controlled so as not to damage the measurement object. Can do. For example, when the detected temperature is equal to or higher than the set threshold temperature, the ultrasonic probe is automatically controlled so as to lower the drive voltage, slow the repetition frequency, or reduce the number of drive wave stations.

さらに、上記の発明において、前記超音波プローブの開口の最大幅が、35mm以上であり、前記制御部は、2個以下の温度センサで超音波プローブの最高温度を観測することで、前記超音波プローブの温度を制御するようにしてもよい。
本発明の超音波診断装置によれば、リニア、コンベックスプローブのような開口の大きい超音波プローブでも、少ない温度センサで超音波プローブの最高温度を観測できる。
Furthermore, in the above invention, the maximum width of the opening of the ultrasonic probe is 35 mm or more, and the control unit observes the maximum temperature of the ultrasonic probe with two or less temperature sensors, whereby the ultrasonic wave The temperature of the probe may be controlled.
According to the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention, the maximum temperature of an ultrasonic probe can be observed with a small number of temperature sensors even with an ultrasonic probe having a large aperture such as a linear or convex probe.

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below, and it goes without saying that various aspects are included without departing from the spirit of the present invention.

図1は、実施形態に係る超音波診断装置の一例の概略構成を示すブロック図である。また、図2は、実施形態に係る超音波プローブの一例の概略構成を示す斜視図である。なお、超音波プローブ100と同様のものについては、同じ符号を付している。
超音波診断装置は、超音波を送受波する超音波プローブ10と、超音波画像を表示するためのモニタ2と、入力操作が行われる入力装置3と、超音波診断装置全体の制御を行う制御部(コンピュータ)40とにより構成される。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an example of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the embodiment. FIG. 2 is a perspective view illustrating a schematic configuration of an example of the ultrasonic probe according to the embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the thing similar to the ultrasonic probe 100. FIG.
The ultrasonic diagnostic apparatus includes an ultrasonic probe 10 that transmits and receives ultrasonic waves, a monitor 2 that displays an ultrasonic image, an input apparatus 3 that performs an input operation, and a control that controls the entire ultrasonic diagnostic apparatus. Part (computer) 40.

超音波プローブ10は、バッキング材111と、バッキング材111上に形成されたM個の下側電極112aからなる下側電極群112と、M個の下側電極112a上に形成されたM個の圧電素子114aからなる圧電素子群114と、M個の圧電素子114a上に形成されたGND線(上側電極)13と、GND線13上に形成された整合層115と、整合層115上に形成された音響レンズ116と、下側電極群112とフレキシブル印刷配線板(FPC)とを電気的に接続するM本のリード線(信号線)118aと、GND線13とFPCとを電気的に接続する金属製の共通接続線19aとを有する振動子20と、温度センサ21と、温度センサ21とFPCとを電気的に接続する2本の金属製の共通接続線19b、19cとを備える。
そして、M本のリード線118aと共通接続線19a、19b、19cとが接続されたFPCは、後述するコンピュータ40と接続されている。
The ultrasonic probe 10 includes a backing material 111, a lower electrode group 112 including M lower electrodes 112a formed on the backing material 111, and M pieces of M electrodes formed on the M lower electrodes 112a. A piezoelectric element group 114 composed of the piezoelectric elements 114 a, a GND line (upper electrode) 13 formed on the M piezoelectric elements 114 a, a matching layer 115 formed on the GND line 13, and formed on the matching layer 115 The electrically connected acoustic lens 116, M lead wires (signal lines) 118a for electrically connecting the lower electrode group 112 and the flexible printed wiring board (FPC), and the GND wire 13 and the FPC are electrically connected. A vibrator 20 having a common connection line 19a made of metal, a temperature sensor 21, and two metal common connection lines 19b and 19c that electrically connect the temperature sensor 21 and the FPC.
The FPC to which the M lead wires 118a and the common connection lines 19a, 19b, and 19c are connected is connected to a computer 40 described later.

温度センサ21は、第一温度Tを検出する第一温度センサ21aと、第二温度Tを検出する第二温度センサ21bとからなる。第一温度センサ21aは、サーミスタ等の温度に比例する抵抗温度センサが好ましく、圧電素子群114の右横に形成される。また、第二温度センサ21bは、サーミスタ等の温度に比例する抵抗温度センサが好ましく、圧電素子群114の左横に形成されている。つまり、温度センサ21は、圧電素子群114の横の両側に形成されている。これにより、温度センサ21が圧電素子群114の放射面の前方(Z方向)に形成されていないので、得られる超音波画像に温度センサ21が影響を与えることをなくすことができる。 Temperature sensor 21 is comprised of a first temperature sensor 21a for detecting a first temperature T 1, the second temperature sensor 21b for detecting a second temperature T 2. The first temperature sensor 21 a is preferably a resistance temperature sensor proportional to the temperature of a thermistor or the like, and is formed on the right side of the piezoelectric element group 114. The second temperature sensor 21b is preferably a resistance temperature sensor proportional to the temperature of a thermistor or the like, and is formed on the left side of the piezoelectric element group 114. That is, the temperature sensor 21 is formed on both sides of the piezoelectric element group 114. Thereby, since the temperature sensor 21 is not formed in front of the radiation surface of the piezoelectric element group 114 (Z direction), the temperature sensor 21 can be prevented from affecting the obtained ultrasonic image.

M個の圧電素子114aの上面には、銀等の金属でGND線13が形成されている。GND線13は、横方向(X方向)に伸びる直線状の第一GND線13aと、横方向(X方向)に伸びる直線状の第二GND線13bとからなる。第一GND線13aは、M個の圧電素子114aの上面で手前側に形成されるとともに、第二GND線13bは、M個の圧電素子114aの上面で奥側に形成されている。
第一GND線13aは、M個の圧電素子114aに対して共通接続されており、さらに右横(X方向)に伸びることにより、第一温度センサ21aと電気的に接続された後、1本の共通接続線19aと接続されるとともに、左横(X方向)に伸びることにより、第二温度センサ21bと電気的に接続されている。
これにより、測定対象体の関心領域(ROI)のみを検査する場合に、M個の圧電素子114aの内から一部(数個)の圧電素子114aのみに送信パルス信号を印加したときには、圧電素子114aで発生した熱は、近い方の第一温度センサ21a若しくは第二温度センサ21bで検出されるので、検出する温度T、Tの応答性を向上させることができる。
On the upper surface of the M piezoelectric elements 114a, a GND line 13 is formed of a metal such as silver. The GND line 13 includes a linear first GND line 13a extending in the horizontal direction (X direction) and a linear second GND line 13b extending in the horizontal direction (X direction). The first GND line 13a is formed on the front side on the upper surface of the M piezoelectric elements 114a, and the second GND line 13b is formed on the rear side on the upper surface of the M piezoelectric elements 114a.
The first GND line 13a is connected in common to the M piezoelectric elements 114a, and further extends to the right side (X direction) to be electrically connected to the first temperature sensor 21a. Are connected to the second temperature sensor 21b by extending to the left side (X direction).
Accordingly, when only the region of interest (ROI) of the measurement object is inspected, when a transmission pulse signal is applied to only some (several) piezoelectric elements 114a from among the M piezoelectric elements 114a, the piezoelectric elements Since the heat generated in 114a is detected by the first temperature sensor 21a or the second temperature sensor 21b which is closer, the responsiveness of the detected temperatures T 1 and T 2 can be improved.

コンピュータ(制御部)40が処理する機能をブロック化して説明すると、超音波プローブ10を制御する超音波プローブ制御部41と、モニタ2に超音波画像を表示するモニタ表示制御部42とを備える。
モニタ表示制御部42は、FPCを介して得られる超音波プローブ10からの電気的信号に基づいて、モニタ2に超音波画像を表示する制御を行う。
When the functions processed by the computer (control unit) 40 are described in a block form, an ultrasonic probe control unit 41 that controls the ultrasonic probe 10 and a monitor display control unit 42 that displays an ultrasonic image on the monitor 2 are provided.
The monitor display control unit 42 performs control to display an ultrasonic image on the monitor 2 based on an electrical signal from the ultrasonic probe 10 obtained via the FPC.

超音波プローブ制御部41は、FPCを介して得られる温度センサ21からの温度信号(温度T、T)や入力装置3からの制御信号に基づいて、超音波プローブ10をFPCを介して制御する。
ところで、上述したように超音波プローブ100の表面温度Tが高温になりすぎると、測定対象体に損傷を与えることがあるが、本実施形態において、超音波プローブ制御部41は、検出した第一温度T若しくは第二温度Tのいずれかが設定閾値温度Tth以上になったときには、駆動電圧を低下させたり、繰り返し周波数を遅くしたり、駆動波連数を少なくするように、超音波プローブ10を制御する。
The ultrasonic probe control unit 41 sends the ultrasonic probe 10 via the FPC based on the temperature signals (temperatures T 1 and T 2 ) from the temperature sensor 21 obtained through the FPC and the control signal from the input device 3. Control.
Incidentally, as described above, if the surface temperature T of the ultrasonic probe 100 becomes too high, the measurement object may be damaged. In the present embodiment, the ultrasonic probe control unit 41 detects the first detected when any of the temperatures T 1 or the second temperature T 2 is equal to or greater than the set threshold temperature T th is or lowering the driving voltage, or slow down the repetition frequency, so as to reduce the driving wave number of stations, ultrasonic The probe 10 is controlled.

ここで、超音波プローブ制御部41に設定された設定閾値温度Tthについて説明する。
第一温度Tと第二温度Tとは、第一GND線13aの温度であって、超音波プローブ10の表面温度Tとは完全に一致しない。つまり、超音波プローブ10の表面温度Tは、整合層115や音響レンズ116が形成されているため、第一温度Tや第二温度Tより一般的に低くなる。そこで、使用者等が測定対象体を検査する前に、超音波プローブ10の表面温度Tと第一温度Tと第二温度Tとの関係を予め算出することにより、超音波プローブ制御部41に設定閾値温度Tthを設定する。
Here, the set threshold temperature T th set in the ultrasonic probe control unit 41 will be described.
A first temperature T 1 of the second temperature T 2, a temperature of the first GND line 13a, not completely coincide with the surface temperature T of the ultrasonic probe 10. In other words, the surface temperature T of the ultrasonic probe 10, since the matching layer 115 and the acoustic lens 116 is formed, generally lower than the first temperature T 1 of and the second temperature T 2. Therefore, by the user or the like before checking the measured object, it is calculated in advance the relationship between the surface temperature T and the first temperature T 1 of the ultrasonic probe 10 and the second temperature T 2, the ultrasound probe controller A set threshold temperature T th is set to 41.

以上のように、本発明の超音波プローブ10によれば、第一温度センサ21aと第二温度センサ21bとの2個の温度センサ21が形成されているだけで、超音波プローブ10の表面温度Tをリアルタイムで正確に測定することができ、その結果、測定対象体に損傷を与えないように超音波プローブ10を制御することができる。 As described above, according to the ultrasonic probe 10 of the present invention, the surface temperature of the ultrasonic probe 10 can be obtained only by forming the two temperature sensors 21 of the first temperature sensor 21a and the second temperature sensor 21b. T can be measured accurately in real time, and as a result, the ultrasonic probe 10 can be controlled so as not to damage the measurement object.

(他の実施形態)
(1)上述した超音波プローブ10では、M個の圧電素子114aが平面上で一列に配列された所謂、リニアアレイ型の圧電素子群114を備える構成を示したが、M個の圧電素子が凸面上に配列された、所謂、コンベックスアレイ型の圧電素子群を備える構成としてもよい。
(2)上述した超音波プローブ10では、温度センサ21が圧電素子群114の横の両側に形成されている構成を示したが、温度センサが圧電素子群の横の片側のみに形成されている構成としてもよい。
(Other embodiments)
(1) In the ultrasonic probe 10 described above, a configuration including a so-called linear array type piezoelectric element group 114 in which M piezoelectric elements 114a are arranged in a line on a plane has been shown. It is good also as a structure provided with what is called a convex array type piezoelectric element group arranged on the convex surface.
(2) In the ultrasonic probe 10 described above, the temperature sensor 21 is formed on both sides of the piezoelectric element group 114, but the temperature sensor is formed only on one side of the piezoelectric element group 114. It is good also as a structure.

本発明は、複数の圧電素子が配列された振動子を備える超音波プローブ等に利用することができる。 The present invention can be used for an ultrasonic probe including a vibrator in which a plurality of piezoelectric elements are arranged.

実施形態に係る超音波診断装置の一例の概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an example of an ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment. 実施形態に係る超音波プローブの一例の概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view showing a schematic structure of an example of an ultrasonic probe concerning an embodiment. 従来の超音波プローブの一例の概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of an example of the conventional ultrasonic probe.

符号の説明Explanation of symbols

10、100 超音波プローブ
13、113 GND線(上側電極)
19a、19b、19c、119 共通接続線
20 振動子
21 温度センサ
111 バッキング材
112 下側電極群
112a 下側電極
114 圧電素子群
114a 圧電素子
115 整合層
116 音響レンズ
118a リード線(信号線)
10, 100 Ultrasonic probe 13, 113 GND wire (upper electrode)
19a, 19b, 19c, 119 Common connection line 20 Vibrator 21 Temperature sensor 111 Backing material 112 Lower electrode group 112a Lower electrode 114 Piezoelectric element group 114a Piezoelectric element 115 Matching layer 116 Acoustic lens 118a Lead wire (signal line)

Claims (5)

超音波を吸収するバッキング材と、
前記バッキング材上に形成され、複数の信号線にそれぞれ1個の下側電極が電気的に接続されるように、複数の下側電極が配列された下側電極群と、
前記複数の下側電極上にそれぞれ1個の圧電素子が形成されるように、複数の圧電素子が配列された圧電素子群と、
前記複数の圧電素子上に形成され、前記複数の圧電素子に対する共通電極である上側電極と、
前記上側電極上に形成され、前記圧電素子と測定対象体との間の音響インピーダンス差によって超音波が反射されることを抑制する整合層と、
前記整合層上に形成され、前記圧電素子によって送受信される超音波の焦点を絞る音響レンズとを有する振動子を備える超音波プローブであって、
前記上側電極と接続された温度センサを備えることを特徴とする超音波プローブ。
A backing material that absorbs ultrasound,
A lower electrode group in which a plurality of lower electrodes are arranged so that one lower electrode is electrically connected to each of a plurality of signal lines formed on the backing material;
A piezoelectric element group in which a plurality of piezoelectric elements are arranged so that one piezoelectric element is formed on each of the plurality of lower electrodes;
An upper electrode that is formed on the plurality of piezoelectric elements and is a common electrode for the plurality of piezoelectric elements;
A matching layer formed on the upper electrode and suppressing reflection of ultrasonic waves due to an acoustic impedance difference between the piezoelectric element and a measurement object;
An ultrasonic probe comprising a transducer formed on the matching layer and having an acoustic lens for focusing ultrasonic waves transmitted and received by the piezoelectric element;
An ultrasonic probe comprising a temperature sensor connected to the upper electrode.
前記複数の圧電素子は、横方向に一列となるように配列されており、
前記圧電素子群の横に、前記温度センサが形成されており、
前記上側電極は、前記圧電素子群の横に伸びることにより、前記温度センサと接続されることを特徴とする請求項1に記載の超音波プローブ。
The plurality of piezoelectric elements are arranged in a row in the lateral direction,
The temperature sensor is formed beside the piezoelectric element group,
The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the upper electrode is connected to the temperature sensor by extending to a side of the piezoelectric element group.
前記圧電素子群の横の両側に、前記温度センサがそれぞれ形成されており、
前記上側電極は、前記圧電素子群の横の両側の温度センサと接続されていることを特徴とする請求項2に記載の超音波プローブ。
The temperature sensors are respectively formed on both sides of the piezoelectric element group,
The ultrasonic probe according to claim 2, wherein the upper electrode is connected to temperature sensors on both sides of the piezoelectric element group.
請求項1〜請求項3のいずれかに記載の超音波プローブと、
前記温度センサで検出された温度に基づいて、前記超音波プローブを制御する制御部を備えることを特徴とする超音波診断装置。
The ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 3,
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising: a control unit that controls the ultrasonic probe based on a temperature detected by the temperature sensor.
前記超音波プローブの開口の最大幅が、35mm以上であり、
前記制御部は、2個以下の温度センサで超音波プローブの最高温度を観測することで、前記超音波プローブの温度を制御することを特徴とする請求項4に記載の超音波診断装置。
The maximum width of the opening of the ultrasonic probe is 35 mm or more;
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 4, wherein the control unit controls the temperature of the ultrasonic probe by observing the maximum temperature of the ultrasonic probe with two or less temperature sensors.
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